CN1965444A - 天线模块用磁芯部件、天线模块及相应的便携式信息终端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种天线模块用磁芯部件，一种天线模块及提供有该模块的便携式信息终端，能够改善通讯距离而不增加模块厚度。天线模块(1)包括堆叠在形成有环形天线线圈的天线基板(2)上的片状磁芯部件(4)，该磁芯部件(4)具有由μ′×Q表示的300或更高的性能指数，其中Q是由在施加的频率下的复数导磁率的实部μ′和虚部μ″表示的损失因数(tanδ＝ μ″/μ′)的倒数。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于采用RFID(射频识别，Radio FrequencyIdentification)的非接触式IC标签等的天线模块用磁芯部件、天线模块及装备有该天线模块的便携式信息终端。
背景技术
常规的，已知采用RFID技术的非接触式IC卡和识别标签(从下文起统一称作“非接触式IC标签”)具有信息记录IC芯片以及电连接到天线线圈的谐振电容(resonance capacitor)。非接触式IC标签的结构如下。预设频率的无线电波从读取器/写入器的传送/接收天线传送到天线线圈以激活非接触式IC标签，通过在无线电波数据通讯时根据读取指令读取记录在IC芯片中的信息，或通过判断IC标签是否与特定频率的无线电波谐振，从而识别或监视非接触式IC标签。另外，许多非接触式IC标签构造为升级读取信息并写入历史信息等。
主要用于识别标签的常规天线模块中有一种具有磁芯部件，天线线圈在一平面内呈螺旋形卷绕，该磁芯部件大致平行于天线线圈平面地插入其中，参照专利文件1(日本专利申请公开KOKAI第2000-48152)。该天线模块的磁芯部件由高导磁率材料，如无定形片和电磁钢片制成，并大致平行于天线线圈平面插入，使得天线线圈的电感提高，通讯距离增加。
专利文件2(日本专利申请公开KOKAI第2000-113142)公开一种天线模块，其结构为平板磁芯部件与在一平面内呈螺旋形卷绕的天线线圈的平面平行地堆叠。专利文件3(日本专利申请公开KOKAI第2004-304370)公开一种结构，其中烧结铁氧体(sintered ferrite)用作磁芯部件的材料。
通常使用者在室外或其它地方携带便携式信息终端，如现在广泛流行的PDA(个人数据助理)和移动电话。因此，如果便携式信息终端提供有非接触式IC标签功能，除例如便携式信息终端之外，使用者不需要总是携带非接触式IC卡，这样非常方便。将非接触式IC标签的功能结合到便携式信息终端的技术已经在例如专利文件4(日本专利申请KOKAI公开第2003-37861)中公开，并也已由本申请人(日本专利申请2004-042149)提出。
由于便携式信息终端是多功能且紧凑的装置，金属元件高密度地安装在小壳体内。例如，用在便携式信息终端中的印刷电路板具有多层导电层。电子元件高密度地安装在多层印刷电路板上。用作电源的电池组容纳在便携式信息终端中，并且在电池组中使用如框架等金属元件。
因此，在便携式信息终端的壳体内设置的非接触式IC标签用天线模块的通讯性能较差，例如，由于壳体内金属元件的影响，壳体内设置的天线模块比壳体外设置的天线模块的通讯距离更短。
由于天线模块的通讯距离变短，所以实际应用中更需要尽可能地将天线模块朝读取器/写入器移动，这可影响非接触卡系统能方便快捷地传送信息的便利性。即使天线模块容纳在便携式信息终端的壳体内，也应保证至少100mm的通讯距离。这符合目前本地使用的自动火车检票非接触式IC卡系统的规范。
为了提高天线模块的通讯距离，常规地，高导磁率磁粉被用作磁芯部件的材料。在用由磁粉与粘合剂混合制成的片或板作为磁芯部件的情况下，可通过利用大微粒尺寸的磁粉而提高整个磁芯部件的导磁率。
但是，随着磁粉的微粒尺寸变大，因磁芯部件中的涡流损耗造成的功率损失也变得显著，导致IC读取电压降低，通讯距离变短。具体地，随着磁性物质被在高频磁场中磁化，磁通量相应于频率发生改变。在这种情况中，根据电磁感应定律，产生方向抵消磁通量改变的电动势。由所产生的电动势导致的感应电流在磁性物质中转换成焦耳热。这就是涡流损耗。
为了在保持磁芯部件的高导磁率的同时减少涡流损耗，几乎所有常规情况都要权衡限制磁粉的大微粒尺寸并减少混合的磁粉的绝对量(混合比)。
但是，为了保持必要的磁特性，减少磁粉的绝对量导致磁芯部件厚而大。这导致天线模块厚度增加。例如，在上述磁芯部件的结构中，对于磁芯部件本身而言，100mm通讯距离所必需的片厚度至少超过1mm。如果支撑天线线圈的基板以及避免壳体内金属部件干扰的屏蔽片叠在模块上，该模块将更厚。
近来对更小更薄的便携式信息终端的需求日益增长。在壳体内没有多余空间容纳大尺寸或厚度的天线模块。如上所述，紧凑型电子装置如便携式信息终端中采用的天线模块必须满足两个矛盾的要求：通讯距离的进一步提高和模块厚度的进一步减小。
发明内容
本发明用以解决上述问题，并公开一种天线模块用磁芯部件、一种天线模块和一种装备有该模块的便携式信息终端，能够提高通讯距离而不使模块变厚。
为了解决该问题，本发明特别致力研究在施加的频率(例如13.56MHz)下磁芯部件的损失因数，并发现利用一种损失因数的倒数与复数导磁率的实部的乘积是预设值或更大的磁芯部件可提高通讯距离而不使模块变厚。
即，本发明提供一种堆叠在环形天线线圈上的天线模块用磁芯部件，通过将磁粉与粘合剂混合而制成片或板，所述磁芯部件特征在于：采用具有由μ′×Q表示的300或更高性能指数的磁芯部件，其中将由在施加的频率下的复数导磁率的实部μ′和虚部μ″表示的损失因数(tanδ＝μ″/μ′)的倒数设为Q。
上述具有300或更高性能指数的磁芯部件可减少天线模块由涡流损耗造成的功率损失，并可提高通讯距离而不增加磁芯部件的层厚。
下面将描述本发明的原理。通常，当高频磁场施加到高导磁率的软磁性物质(以下简称磁性物质)时，该磁性物质由如磁畴壁位移和旋转磁化这样的磁化机理而磁化。在这种情况中，表示磁化难易度的导磁率由以下等式(1)的复数导磁率表示：
μ＝μ′-i·μ″ (1)
这里，μ′是导磁率的实部并表示能跟随外部磁场的分量，而μ″是导磁率的虚部，表示不能跟随外部磁场且具有90°相延迟的分量，被称为导磁率损失项(loss term)。注意i是虚数单位。
导磁率的实部和虚部之间有严格的关系，具有较大的导磁率实部的材料也具有较大的虚部。已知在通过施加高频磁场磁化磁性物质时，导磁率随着频率变高而下降。磁性物质在施加的频率下的损失因数可利用等式(1)所示的复数导磁率的实部μ′和虚部μ″来表示，由以下等式(2)给出：
tanδ＝μ″/μ′ (2)
通过动态磁化的磁性物质的高频损失等价于上述损失因数并可由三种类型的能量损失的总和来表示，如以下等式(3)给出：
tanδ＝tanδh+tanδe+tanδr (3)
这里，tanδh是磁滞损耗和磁滞曲线表示的磁化改变的功量(workamount)，正比于频率而增加；tanδe是涡流损耗，是材料中根据磁通量改变而感生的涡流所产生的焦耳热形式的能量损失。注意tanδr是不相应于任一上述损耗的残余损耗。
在13.56MHz的高频磁场中的涡流损耗(tanδe)受到电导率影响并正比于施加的频率而增加，如以下等式(4)给出：
tanδe＝e2·μ·f·σ (4)
这里，e2是系数，μ是导磁率，f是施加的频率，而σ是磁粉的电导率。
如上所述，如果采用电导率小的磁粉，换句话说，如果采用大电阻率的磁粉，由磁性物质制成的磁芯部件的涡流损耗(tanδe)可受到抑制。可以理解，采用涡流损耗小的磁粉可减少磁芯部件的复数导磁率的损失项μ″分量并有助于减小损失因数。
磁芯部件的合适的电导率随着所要采用的磁粉的类型和微粒尺寸以及混合比等而改变，并且不能特别限定。因此，在本发明中，采用性能指数代替电导率，所述性能指数定义为Q和μ′的乘积，其中将由在施加的频率下磁芯部件的复数导磁率的实部μ′和虚部μ″表示的损失因数(μ″/μ′)的倒数设为Q。
性能指数300或更高的磁芯部件的例子是：由铁硅铝磁合金(Sendust，含Fe-Al-Si)制成的磁粉的情况下，混合比为45[vol％]时获得μ′＝60[H/m]、μ″＝12[H/m]、性能指数300的磁芯部件；混合比为50[vol％]时获得μ′＝77[H/m]、μ″＝17[H/m]、性能指数349的磁芯部件。
另一个例子是含Fe-Si-Cr(10wt％ Si)的磁粉，混合比为50[vol％]时是μ′＝45[H/m]、μ″＝1.0[H/m]、性能指数2025的磁芯部件。其它磁粉可为含非晶态、铁氧体等的Fe-Si。
磁芯部件可通过将磁粉与粘合剂混合并形成片或板状而制造。在形成片或板状的步骤中，优选采用注塑成型。作为粘合剂，可用的合成树脂材料包括尼龙12、PPS(聚苯硫醚)和聚乙烯等。
铁氧体粉末的烧结物质可用作磁芯材料。优选地，所用的铁氧体材料的材料组分使得旋转磁谐振的谐振频率在比施加的频率更高的频率一侧。因此，可避免铁氧体材料在施加的频率段中受自然谐振的影响，而保持稳定的通讯特性。
通过采用具有上述结构的磁芯部件制造天线模块，磁芯部件的厚度可抑制到1mm或更薄，同时确保在天线模块容纳在例如便携式信息终端的壳体内的状态下，100mm或更长的通讯距离。可容易地更薄的天线模块。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的天线模块10的结构的分解透视图。
图2是示出天线模块10的主要部分的剖面侧视图。
图3是示出内含天线模块10的便携式信息终端1的内部结构的示意性侧视图。
图4是便携式信息终端1的部分切除后视图。
图5是示出当高频磁场施加于Fe-5％ Si磁粉及Fe-10％ Si磁粉时，频率(横坐标)和μ′和μ″(纵坐标)之间关系的视图。
图6是示出Si掺杂量(横坐标)相对于Fe和电阻率(纵坐标)的关系图。
图7是示出导磁率与铁氧体材料的临界频率(critical frequency)之间的关系的示意图。
图8是示出含铁氧体材料的Ni-Zn-Cu的Ni-Zn-Fe2O3的三组分图。
图9是示出具有不同组分比的三个样本的Ni-Zn-Cu铁氧体散料的导磁率μ′和μ″的频率特性的图。
图10是示出具有不同组分比的三个样本的Ni-Zn-Cu铁氧体堆叠时的导磁率μ′和μ″的频率特性的图。
图11是示出根据本发明的第一实施例，由复合材料制成的磁芯部件的每个样本的通讯距离和性能指数的图。
图12A和12B是示出用于根据本发明的第二实施例的由烧结铁氧体制成的磁芯部件的制造方法的流程图。
图13是比较由复合材料制成的磁芯部件的一个样本与堆叠铁氧体制成的磁芯部件的一个样本的通讯距离的频率特性图。
图14是示出采用由堆叠铁氧体制成的磁芯的天线模块20的结构的例子的剖面图。
具体实施方式
将参照附图描述本发明的实施例。
图1和2是示出根据本发明一实施例的用于非接触式数据通讯的天线模块10的结构的分解透视图和剖面侧视图。
天线模块10由作为支撑部件的基板14、磁芯部件18以及金属屏蔽板19堆叠构成。基板14和磁芯部件18堆叠且两者之间夹有双面粘合片13A，磁芯部件18与金属屏蔽板19堆叠且两者之间夹有双面粘合片13B。在图2中，省略双面粘合片13A和13B。
基板14是由聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等的塑料膜制成的绝缘柔性基板。基板14也可为环氧玻璃钢之类制成的刚性基板。
在平面中绕成环路形的天线线圈15安装在基板14上。天线线圈15用于非接触式IC标签功能，并感应耦合于外部读取器/写入器(未示出)的天线单元而通讯。天线线圈15由构图于基板14上的铜或铝等的金属图案形成。
在本实施例中，天线线圈15由在平面内卷绕的回路部分和用于电连接到信号处理电路单元16的布线部分组成，所述信号处理电路单元16将稍后描述。在图中，只示出回路部分。
可在天线模块10上形成第二天线线圈用作读取器/写入器功能。在这种情况中，第二天线线圈可形成在基板14上，例如在天线线圈15的内周侧上。
信号处理电路单元16安装在基板14的表面上磁芯部件18一侧上。该信号处理电路单元16位于天线线圈15内侧上并电连接到天线线圈15。
信号处理电路单元16由安装有信号处理电路且储存非接触式数据通讯所必需的信息的IC芯片16a，以及其它如调谐电容器等电气和电子元件组成。信号处理电路单元16可由多个元件组成，如图1和2所示，或可由单个元件16b组成，如图4所示。信号处理电路单元16经由将安装在基板14上的外部连接部分17连接到稍后所述的便携式信息终端1的印刷电路板12(图3)。
磁芯部件18可为注模制品，通过在绝缘粘合剂(如合成树脂材料和橡胶)中混合或在其中填充软磁粉末并成形为片状或板状而制成。软磁粉末可为铁硅铝磁合金(Sendust，含Fe-Al-Si)、坡莫合金(含Fe-Ni)、无定形合金(含Fe-Si-B等)和铁氧体(Ni-Zn铁氧体或Mn-Zn铁氧体等)等，这些材料可根据通讯性能和应用等而选择性地使用。
如下所述，磁芯部件18可由烧结铁氧体板制成，将通过将铁氧体材料的细粉末分散到有机溶剂中形成的金属糊剂涂布成片状，随后热分解该有机溶剂并进行主烧结(main sintering)处理，从而形成该铁氧体板。
磁芯部件18用作天线线圈15的磁芯，并通过插入到基板14与下金属屏蔽板19之间来避免天线线圈15与金属屏蔽板19之间的电磁干扰。在磁芯部件18的中心区域贯通磁芯部件18形成开口18a，以容纳安装在基板14上的信号处理电路单元16。在磁芯部件18的一侧上，形成切口18b，以便外部连接部分17层叠在基板14上。
下面将描述磁芯部件18的细节。
金属屏蔽板19由不锈钢板、铜板或铝板等制成。如后所述，该实施例的天线模块10容纳在便携式信息终端1的终端本体2中预设位置上。因此，为避免天线线圈15与终端本体2中的印刷电路板12上的金属部分(元件、线路)电磁干扰，提供金属屏蔽板19。
金属屏蔽板19还用于粗调天线模块10的谐振频率(在本例中，13.56MHz)，从而使分离状态下的天线模块10与装配在终端本体2中的天线模块10之间，天线模块10的谐振频率不会有大的改变。
图3和4是示出具有上述结构的天线模块10怎样装配在便携式信息终端1中的示意图。图3是示出侧面观察的终端本体2内部的示意图，而图4是示出从背面观察的终端本体2内部的局部视图。
图中所示便携式信息终端1是具有终端本体2和可旋转地安装在终端本体2上的面板单元3的便携式电话。在图3中，终端本体2构成由合成树脂材料制成的壳体单元，其在面板单元3侧上的表面是其上安装十键输入按钮等的操作面(未示出)。
装在终端本体2中的印刷电路板12作为控制便携式信息终端1和供应能量的电池组4的功能或操作的控制板。电池组4是例如锂离子电池并在整体上为长方体形，其外框由金属材料如铝制成。电池组4位于由塑料制成并在终端本体2中形成的分隔部件5中。
天线模块10容纳在终端本体2中。具体地，在本实施例中，天线模块10容纳在容纳电池组4的分隔部件5的正上方的位置，天线线圈15面对终端本体2的背面2a。注意，天线模块10的位置不局限于以上所述。
为在天线模块10与外部读取器/写入器(未示出)之间进行数据通讯，便携式信息终端1的终端本体2的背面2a移动接近读取器/写入器的天线部分。随着从读取器/写入器的天线部分传递的电磁波或高频磁场经过天线模块10的天线线圈15，在天线线圈15中产生相应于电磁波或高频磁场强度的感应电流。该感应电流在信号处理电路单元16中整流并转换成用于读取记录在IC芯片16a中信息的读取电压。所读取的信息在信号处理电路单元16中经调制，并经由天线线圈15传送到读取器/写入器的天线部分。
接下来，将详细描述组成天线模块10的磁芯部件18。
磁芯部件18可以片状或板状的注模制品，由通过在例如如合成树脂等绝缘材料(粘合剂)中混合或填充高导磁材料的软磁粉末(从下文起称为磁粉)而形成的复合材料制成。
所用磁粉为例如晶态合金，如铁硅铝磁合金(Sendust，含Fe-Al-Si)和坡莫合金(含Fe-Ni)、无定形合金(含Co-Fe-Si-B或类似物)和铁氧体(Ni-Zn铁氧体或Mn-Zn铁氧体等)等。具体的形状可为平板状、针状或片状等，但不局限于一种具体的形状。
在本发明中，由粘合剂混合磁粉而形成的磁芯部件18被认为是单个磁部件。该磁部件的构成条件为：磁芯部件18具有300或更高的性能指数，假设由复数导磁率的实部μ′和虚部μ″(参照上述等式(1))表示的损失因数的倒数(tanδ＝μ″/μ′)在磁部件被施加的频率(本例中为13.56MHz)下为Q(μ″/μ′)，该性能指数为μ′×Q。
为了提高天线模块10的通讯距离，必须抑制磁芯部件18中产生的涡流损耗分量。为此，必须进行选择判断：选择导电率小的磁粉，调整磁粉对粘合剂的混合比，以及使微粒尺寸较小等等。但是，在本发明中，评估作为最终产品的磁芯部件18的性能指数，以获得是否能确保目标通讯距离的标准。
如下文实施例所示，使用性能指数为300或更高的磁芯部件确保天线模块通讯距离(在结合于便携式信息终端中的状态下的通讯距离)为100mm。进一步地，由于可在不提高片厚度的情况下提高磁芯部件18的导磁率，可构造轻薄的天线模块并减少天线模块在壳体内的安装空间。例如，为了确保通讯距离100mm，常规的磁芯部件要求片厚度超过1mm，而根据本发明大约0.5mm的片厚度就足够了。
即使是相同的磁粉，例如包含Fe-Si-Cr的合金，组成磁芯部件的磁粉的实部μ′和虚部μ″也随组成比和施加的频率改变。图5示出对Fe-5％Si的磁粉和Fe-10％Si的磁粉施加高频磁场时，频率(横坐标)和μ′和μ″(纵坐标)之间的关系。比较两种磁粉可得出：Fe-10％Si的磁粉在13.56MHz的频率段具有较小的损耗(μ″)，而Fe-10％Si的磁粉在频率变高时具有较大的损耗。
为了减少磁芯部件的涡流损耗，优选高电阻率(低导电率)的磁粉作为组成磁芯部件的磁粉。如果用电阻率作为标准，显然可根据其种类选择磁粉，但也可采用根据磁粉的组分比调整电阻率的另一种方法。图6示出相对Fe的Si掺杂量(横坐标)与电阻率(纵坐标)之间的关系。如图中显见，Si掺杂量为10到13wt％时，可获得高电阻率。
如果磁粉的导电率用作标准，为减少涡流损耗，减小微粒尺寸是有效的。即，尤其对于高导电性材料，必须减小磁粉的微粒尺寸，而对于具有低导电率的磁粉，微粒尺寸则可较大。
例如，导电率为1.11E+6(1.11×106)或更小的磁粉可具有50μm或更小的微粒分布，导电率为0.909E+6或更小的磁粉可具有100μm或更小的微粒分布，而导电率为0.1E+6或更小的磁粉可具有200μm或更小的微粒分布。用平面形作为磁粉的微粒形状。混合比优选为40到60vol％。
另一方面，磁芯部件18可由烧结铁氧体板状成，所述烧结铁氧体板通过使细铁氧体粉末分散到有机溶剂中而获得的金属糊剂形成片状，然后热分解该有机溶剂并进行主烧结而获得。该烧结铁氧体片可为通过将多个烧结的铁氧体片与插在其间的绝缘层层叠而形成的层叠结构体。
在这种情况中，磁芯部件18的构成条件为：磁芯部件18具有300或更高的性能指数，该性能指数由μ′×Q定义，其中Q(μ″/μ′)是由复数导磁率的实部μ′和虚部μ″表示的在磁芯部件被施加的频率下的损失因数的倒数(tanδ＝μ″/μ′)。
通常，虽然要求高频磁材料具有高初始导磁率和高极限频率(limitfrequency)，高频磁材料的频率特性在高频段具有稳定的初始导磁率也很重要。但是，如在图7中示意性示出的，尖晶石型(spinel type)铁氧体，例如含铁氧体的Ni-Zn，其频率特性关系是如果初始导磁率(μ′)高，则极限频率(fr)降低，而如果初始导磁率低，则极限频率增加。极限频率逼近被称为Snoeck极限线的直线。铁氧体在高频段的极限频率由旋转磁谐振(自然谐振)的谐振频率决定。
因此，若在13.56MHz的频率下使用天线模块10，要求磁芯部件18的自然谐振(旋转磁谐振)处于比13.56MHz的频率段更高的频率侧。否则，自然谐振现象成为μ″分量的主要因素，而不能实现天线模块10稳定的通讯特性。因此，在磁芯部件18由铁氧体材料制成的情况下，复数导磁率的μ′的大小有限制，优选地不使用超过限制的材料，因为μ″增加而性能指数下降。
铁氧体材料的导磁率(μ′，μ″)随铁氧体材料的组成元素的成分而变化很大。图8是NiO-ZnO-Fe2O3的情况下的三组分图，其中CuO相对含Ni-Zn-Cu的铁氧体材料(散料(bulk)状态)为9mol％。从图8可以看出，当NiO的组分比比较高时，含Ni-Zn-Cu的铁氧体材料的μ′和μ″变小，而自然谐振频率可位于比天线模块10被施加的频率(本例中为13.56MHz)更高的频率侧。在这种情况中，涡流损耗成为磁材料的μ″分量的主要因素。
在磁芯部件18由烧结铁氧体制成的情况中，如果使用烧结粉末片部件，与用散料状态的铁氧体材料的情况相比，μ′和μ″变得较小。图9和图10是示出散料部件和烧结粉末部件的样本A、B和C在图8所示三个组分点上的导磁率μ′和μ″的频率特性的图。
如果天线模块10被施加的频率为13.56Mhz，假设适用于磁芯部件18的含Ni-Zn-Cu的铁氧体材料为含47.0到49.8mol％的Fe2O3、16.0到33.0mol％的NiO、11.0到25.0mol％的ZnO和7.0到12.0mol％的CuO的散料铁氧体的烧结粉末部件(图8中由双点线所示矩形区域)。
这里，如果Fe2O3超过49.8mol％，μ′下降，而如果Fe2O3小于47.0mol％，居里点(Tc：磁性转变点)下降，从而限制使用环境。如果NiO超过33.0mol％，μ′下降，如果NiO变得小于16.1mol％，μ″(受自然谐振影响)增加而不能获得稳定的通讯特性。
如果在含Ni-Zn-Cu的铁氧体中包含0.1到1.0wt％的CoO，可稳定温度特性并可由于抑制天线模块10的使用环境温度改变导致的通讯特性改变。
(第一例)
通过制备由具有不同类型或不同混合比的磁粉的复合材料制成的磁芯部件的多个样本而制造具有图1所示结构的天线模块10，损失因数的倒数Q和性能指数(Q×μ′)根据施加高频磁场(13.56MHz)时的μ′和μ″而计算，并评估通讯距离(天线模块装配在便携式信息终端中的状态下的通讯距离)。
“尼龙12”(商标名)用作粘合剂。实验结果在图11和表1中示出。
表1
| 样本1 | 样本2 | 样本3 | 样本4 | 样本5 | 样本6 | 样本7 | ||
| Fe-Si-Al | Fe-Si-Cr | Fe-Si-Al | Fe-Si-Al | Fe-Si-Cr | 无定形 | 铁氧体 | ||
| 磁芯特性 | μ′(H/m) | 30 | 50 | 60 | 77 | 45 | 50 | 50 |
| μ″(H/m) | 5 | 9 | 12 | 17 | 1 | 1 | 0.3 | |
| Q | 6 | 5.6 | 5 | 4.5 | 45 | 50 | 166.7 | |
| μ′×Q | 180 | 278 | 300 | 349 | 2025 | 2500 | 8333 | |
| 天线特性 | 通讯距离(mm) | 92.6 | 98.2 | 103.5 | 104.5 | 114.2 | 115 | 120 |
| 线圈电感L(μH) | 3.6 | 4.3 | 4.5 | 4.4 | 4.3 | 4.3 | 4.3 | |
| 线圈电阻(Ω) | 12.7 | 14.6 | 15.8 | 15.8 | 10.1 | 10 | 8.5 | |
| 线圈Q | 24 | 25 | 24 | 24 | 36 | 37 | 43 | |
| 磁粉特性 | 颗粒尺寸D50(μm) | 30 | 30 | 50 | 80 | 30 | 80 | 300 |
| 混合比(vol％) | 40 | 50 | 45 | 50 | 50 | 50 | 50 | |
| 电导率(s/m) | 1.25×106 | 1.43×106 | 1.25×106 | 1.25×106 | 0.91×106 | 0.71×106 | 0.05 | |
| 电阻率(Ω·m) | 80×10-8 | 70×10-8 | 80×10-8 | 80×10-8 | 110×10-8 | 140×10-8 | 20 |
图11中，每个样本的棒状图的高度表示通讯距离，而折线表示性能指数。在表1中，“线圈Q”表示天线线圈的Q值，与作为损失因数的倒数的Q不同。
用于每个样本的磁粉将在下面简要描述。
样本1、3和4采用具有相同成分(85Fe-9.5Si-5.5Al(wt％))的含Fe-Si-Al的磁粉，并分别具有不同的混合比40vol％、45vol％和50vol％。
样本2和5都采用含Fe-Si-Cr的磁粉，并分别具有不同的Si含量5wt％和10wt％。
样本6采用70Co-5Fe-10Si-15B(wt％的组分比)制成的无定形磁粉。
样本7采用49.3(mol％)的Fe2O3，28.9(mol％)的NiO，12.6(mol％)的ZnO和9.2(mol％)的CuO制成的铁氧体磁粉。
从表1和图7中显见，通讯距离与性能指数近似为正比关系，当性能指数较高时通讯距离变长。特别地，在性能指数为300或更高时，确保100mm或更长的通讯距离。从样本1、3和4的结果可见，磁粉的混合较大时，可获得较高的性能指数，在混合比45％或更大时，可获得300或更高的性能指数。
(第二例)
通过制备由含Ni-Zn-Cu并具有不同材料成分的烧结铁氧体制成的磁芯部件的多个样本制造图1所示天线模块10，根据施加高频磁场(13.56MHz)时的μ′和μ″计算损失因数的倒数Q和性能指数(Q×μ′)，并估计通讯距离(天线模块装配在便携式终端中的情况下的通讯距离)。实验结果在表2中示出。
表2
| 样本A | 样本B | 样本C | 样本5 | ||
| 铁氧体 | 铁氧体 | 铁氧体 | Fe-Si-Cr | ||
| 磁芯特性 | μ′ | 65 | 42 | 20 | 45 |
| μ″ | 17 | 0.3 | 0.1 | 1 | |
| μ′×Q | 250 | 5800 | 4000 | 2025 | |
| 天线特性 | 通讯距离(mm) | 105.6 | 122.0 | 114.5 | 114.2 |
| 线圈电感L(μH) | 4.5 | 4.3 | 3.5 | 4.3 | |
| 线圈电阻(Ω) | 10.7 | 8.0 | 6.3 | 10.1 |
在图8所示含Ni-Zn-Cu的铁氧体材料的成分曲线的三个点上形成样本A到C：48Fe2O3-15NiO-28ZnO-9CuO(样本A)；48Fe2O3-22NiO-21ZnO-9CuO(样本A)；和48Fe2O3-31NiO-12ZnO-9CuO(样本C)。
样本A到C由图12A中所示过程制造。即，为每个样本称重组成材料，使组成材料混合、研磨成粉并在有机溶剂中分散而制成糊状材料。在除气过程后，该糊被涂在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜上形成片。之后，糊中的溶剂成分通过热干燥过程分解并移除。PET膜被切割成固定尺寸从而形成磁芯部件的外形，然后烧结。接着，从制得的烧结铁氧体片剥离PET膜。每个厚度为0.15mm的三个或四个烧结片在加入热融树脂的情况下层叠。在层叠表面覆盖PET或PPS，从而形成具有如图12B所示的尺寸的结构。
如表2所示，样本A也具有大μ″，虽然μ′大，而性能指数低至250。这可归因于施加的频率(13.65MHz)接近铁氧体磁粉的极限频率，损失因数(μ′，μ″)受自然谐振的影响而增加。虽然实验结果表明通讯距离超过100mm，却不能获得稳定的通讯特性。
样本B和C具有非常高的性能指数和长的通讯距离。如在表格2中比较的，与第一实施例的样本5相比，虽然μ′小，μ″也小于μ″。由此可以理解，用烧结铁氧体制成磁芯部件比用复合材料制成磁芯部件涡流损耗要更小。这从天线特性的线圈电阻显见。图13示出样本B和上述样本5的天线谐振频率与通讯距离的比较。可看出在整个频率范围上样本B(烧结铁氧体)的通讯距离比样本5(复合材料)的要长。
本发明的实施例已如上描述，显然本发明并不局限于这些实施例，而是可根据本发明的技术构思做各种修改。
例如，在以上实施例中，已描述其中天线线圈15与信号处理电路单元16一起安装在基板上的天线模块10的结构的例子。本发明还可应用于只有天线线圈15安装在基板14上而信号处理电路单元16安装在另一基板(例如，便携式信息终端1的印刷电路板12)上的情况。
在烧结铁氧体用作磁芯部件的情况下，天线模块的结构可如图14所示。在图中所示天线模块20中，由烧结铁氧体制成的磁芯部件18堆叠在基板14上，在所述基板14上安装有天线线圈(以及信号处理电路单元)，然而该堆叠结构由合成树脂材料封装，金属屏蔽板19粘附到密封层21的非通讯表面(图14的下侧)。在这种布置下，易于破裂而难于加工的烧结铁氧体可容易地应用到磁芯部件。
工业应用性
如目前所述，根据本发明的磁芯部件，可以增加通讯距离而不提高磁芯部件厚度，使得可将天线模块制得轻薄。因此该天线模块可在小的安装空间嵌入在便携式信息终端等的壳体内，可抑制设置在壳体内的天线模块的通讯性能降低，并可确保目标通讯距离。
Claims (14)
1.一种堆叠在天线线圈上的天线模块用磁芯部件，其特征在于：
所述天线模块用磁芯部件具有由μ′×Q表示的300或更高的性能指数，其中将由在施加的频率下的复数导磁率的实部μ′和虚部μ″表示的损失因数(tanδ＝μ″/μ′)的倒数设为Q。
2.根据权利要求1所述的天线模块用磁芯部件，其特征在于：
所述磁芯部件由通过将软磁粉末与粘合剂混合而形成的复合材料制成。
3.根据权利要求2所述的天线模块用磁芯部件，其特征在于：
所述软磁粉末是含铁的晶态或非晶态合金材料。
4.根据权利要求1所述的天线模块用磁芯部件，其特征在于，所述磁芯部件由铁氧体材料制成。
5.根据权利要求4所述的天线模块用磁芯部件，其特征在于：
所述铁氧体材料由使所述铁氧体材料的旋转磁谐振的谐振频率在比施加的频率更高的频率一侧的材料合成物形成。
6.根据权利要求5所述的天线模块用磁芯部件，其特征在于：
所述铁氧体材料是含47.0到49.8mol％的Fe2O3，16.0到33.0mol％的NiO，11.0到25.0mol％的ZnO和7.0到12.0mol％的CuO的散料铁氧体的烧结粉末部件。
7.根据权利要求6所述的天线模块用磁芯部件，其特征在于：
所述散料铁氧体含0.1到1.0wt％的CoO。
8.根据权利要求1所述的天线模块用磁芯部件，其特征在于：
所述施加的频率为13.58MHz。
9.一种天线模块，具有在形成有天线线圈的支撑部件上堆叠的磁芯部件，其特征在于：
所述天线模块具有由μ′×Q表示的300或更高的性能指数，其中将由在施加的频率下的复数导磁率的实部μ′和虚部μ″表示的损失因数(tanδ＝μ″/μ′)的倒数设为Q。
10.根据权利要求9所述的天线模块，其特征在于：
金属屏蔽板堆叠在所述磁芯部件的与面对所述支撑部件的一侧相反的一侧的表面上。
11.根据权利要求9所述的天线模块，其特征在于：
电连接到所述天线线圈的信号处理电路单元安装在所述支撑板上、所述天线线圈的内周侧的区域中。
12.根据权利要求11所述的天线模块，其特征在于：
所述信号处理电路单元安装在所述支撑部件的所述磁芯部件的一侧上的表面上，并且
所述磁芯部件形成有容纳所述信号处理电路单元的开口。
13.根据权利要求9所述的天线模块，其特征在于，所述磁芯部件由烧结铁氧体制成并由合成树脂封装。
14.一种便携式信息终端，其壳体内结合有：用于支撑天线线圈的支撑部件，电连接到所述天线线圈并位于所述天线线圈的内圆周侧的信号处理电路单元，堆叠在所述支撑部件上的磁芯部件以及堆叠在所述天线线圈上的金属屏蔽板，所述便携式信息终端的特征在于：
所述磁芯部件具有由μ′×Q表示的300或更高的性能指数，其中将由在施加的频率下的复数导磁率的实部μ′和虚部μ″表示的损失因数(tanδ＝μ″/μ′)的倒数设为Q。
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